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某鑄鍛車間的4.5x3.5x3型室式回火熱處理爐主要用于對(duì)鑄鍛件以及其他零件進(jìn)行回火等熱處理工藝，它由爐體、爐門及升降系統(tǒng)、助燃風(fēng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等部分組成，如圖所示。爐門橫梁作為爐門及升降系統(tǒng)中的重要部分，是典型的變剛度截面梁結(jié)構(gòu)，在以往的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一直沿用的傳統(tǒng)解析方法需要一系列的假設(shè)，其計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際相差很大，對(duì)其撓度的計(jì)算難以準(zhǔn)確定位，為安全起見，往往對(duì)型鋼的選型過(guò)大。本研究通過(guò)ANSYS Workbench有限元分析軟件對(duì)爐門橫梁進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度分析和研究，旨在為4.5x3.5x3型室式回火爐門橫梁的校核及優(yōu)化改進(jìn)方案提供有力的理論依據(jù)，從而準(zhǔn)確掌握部件的應(yīng)力分布規(guī)律，節(jié)約材料、降低制造成本。
4.5x3.5x3型室式回火爐爐門橫梁由兩根長(zhǎng)度為7320mm的28號(hào)Q235-A熱軋型鋼作為主體，縱向分布11塊加強(qiáng)型鋼通過(guò)焊接而成。爐門橫梁頂部安裝有爐門提升裝置，根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，該爐門橫梁可簡(jiǎn)化為圖所示簡(jiǎn)支梁力學(xué)模型。經(jīng)分析計(jì)算，P力的大小為39700N，對(duì)稱作用在距衡量中心1600mm位置處，F(xiàn)力的大小為1700N，L=6.85m，cz=1.825m。因Q235-A的彈險(xiǎn)模量E=210GPa，28號(hào)槽鋼的截面慣性矩I=4760cm4，由疊加法可求得爐門橫梁中點(diǎn)處的撓度，由于爐門橫梁頂部要安裝減速機(jī)提升裝置，為保證水平方向的配合尺寸，需要保證爐門橫梁豎直方向的變形量要滿足提升裝置中的滾子鏈聯(lián)軸器的技術(shù)要求。
由于GL8滾子鏈聯(lián)軸器允許的偏差為3.8mm，車由向偏差角度為1°。由前計(jì)算結(jié)果可得，爐門橫梁的撓度轉(zhuǎn)角，該撓度變化超過(guò)GL8滾子鏈聯(lián)軸器的許用變形量，不符合設(shè)計(jì)要求，因此需要對(duì)爐門橫梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以使其滿足滾子鏈聯(lián)軸器的使用要求。
根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，采用改變橫梁主體槽鋼的型號(hào)的方法對(duì)整體的撓度變形量的改變影響甚微，結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在爐門橫梁下方焊接兩塊10mm厚的Q235-A鋼板作為腹板，增加其整體的剛度，采用SolidWorks建立的三維模型輪廓圖如圖所示。ANSYS Workbench對(duì)SolidWorks，Pro/E、UG等大型CAD建模軟件能實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)縫聯(lián)接，并在其統(tǒng)一的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)各種模型的裝配和CAE工程分析。
ANSYS Workbench本身可以對(duì)網(wǎng)格劃分進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化，特別是針對(duì)復(fù)雜不規(guī)則的機(jī)械零件網(wǎng)格模型可以進(jìn)行特殊的優(yōu)化，剔除無(wú)用因素，保留對(duì)結(jié)果起關(guān)鍵作用的因素，符合結(jié)構(gòu)現(xiàn)實(shí)工況的需要。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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